大家好,之前我们聊过时间,引起了大家广泛的讨论,那今天我们来聊一聊宇宙的一生。
当然今天要讲宇宙的一生的话,就是以宇宙有开端这个为前提的,有一些假说认为宇宙是没有开端的,这是另一回事了,今天讲的就是有开端有结束的。
根据宇宙大爆炸模型,已知宇宙大概是亿年前,在一个不知道是什么地方的地方,有一个不知道是什么东西的东西爆炸了,形成现在的宇宙,这个爆炸后来就被称作宇宙大爆炸。一直以来世界上最顶尖的物理学家、天文学家都在研究宇宙爆炸的原因和过程,因为这是解开宇宙谜团的最根本的问题。还有就是如果能够解开宇宙大爆炸的谜团的话,百分之百诺贝尔奖,所以一些研究理论物理学、天文学的,只要想获得诺贝尔奖的话,这是一个很好的突破口。
现在已知宇宙大爆炸有可能不是一瞬间完成的,而是一个非常漫长的过程,也就是说它是一个慢慢的爆炸的过程,和我们通常看到的爆炸是不一样的,这个过程很神奇。在一个什么都没有的地方,突然鼓出了一个小球,黑色的小球,这小球大概直径1厘米。这就是最初的宇宙,小球里边没有物质,只有能量,里边特别的热,有多热呢?叫做绝对热度,大家可能听过绝对零度,是零下度,这个叫绝对热度,是理论上宇宙能够达到的最高温度,大概是1.4乘以10的32次方度,在这个温度下不可能存在物质,所有的物质都会变成能量。
尽管这个小球温度很高,但是从外面看它是黑色的,因为它不发光。刚才说了,这个小球是从无到有,突然鼓出来了的,这个鼓出来的速度有多快呢?10的负32次方秒,尽管它只鼓出来了1厘米,但是鼓出来的速度是远远超过光速的,大概是光速的亿兆倍。
这么说可能大家感觉不到这个速度有多快,如果宇宙就按照这个速度膨胀下去的话形成我们现在这个宇宙只用万分之一秒,但是由于后来没有这么快了,所以宇宙用了亿年扩张到现在这么大。
最初这一厘米的膨胀过程,叫做宇宙暴涨期,这个暴涨期也是推算出来的,观测不到,因为它是黑的,没有发过光,宇宙暴涨期能够解释现在宇宙大爆炸模型的一个矛盾点,一个非常诡异的地方,就是宇宙如果是一开始直接爆开的话,就不会是现在这个样子,就是我们目前观测到的宇宙到处都是平均的,到处都是一样的,没有区别的。
虽然这边有个星球,那边有个星系,但在一开始的话,宇宙各个地方应该都是一样的,这就不像爆炸,爆炸的话有大石块,有小石块到处乱飞,这个爆炸是很平均的爆开,平均到什么程度呢?不仅看上去物质是那么的平均分散,而且整个宇宙中可以适用同样的物理法则,而且宇宙是同样维度的,如果爆炸的不均匀,就应该会产生不同的维度,但是现在宇宙我们观测范围之内都是一样的。
也正因为宇宙如此的平均,如此的平坦,爱因斯坦最初相信宇宙是静止的,他并不知道宇宙是爆炸产生的,直到哈勃通过望远镜看出来宇宙在膨胀,这时候才产生了宇宙大爆炸模型。为了解释宇宙大爆炸和宇宙现在的平均平坦这样一个矛盾,人们猜想在最一开始有一个宇宙暴涨期。
在暴涨期结束之后,宇宙还在膨胀,只是膨胀速度突然减慢,减慢的原因现在认为是因为体积膨胀,温度下降,所以就减慢了。这个慢慢的膨胀,直到宇宙诞生后百万分之一秒,就是负32次方秒到百万分之一秒,这期间宇宙内的能量开始慢慢凝结成物质。
最初凝结成的物质就是我们知道的基本粒子,比如说夸克、电子、光子等等这些东西,同时还出现了重力、强力、弱力、电磁力这些力。而在这个过程中凝结成的这些物质粒子都是成对出现的,正物质和反物质一碰到一起,又变成能量,然后能量又凝结成物质,所以就是物质能量不断的出现又消失的过程。
但是最终不知道什么原因,只有一部分正物质留下了,反物质消失了,按理来说是成对出现的,这一对碰到又消失,宇宙不会最终形成,就是说它从一个无产生的能量,然后能量不管怎么合成,最后还会变成无才对,而不应该生成现在的宇宙。但是不知道什么原因,反物质少了,正物质多了,所以有了现在的宇宙。
当宇宙诞生了一秒之后,宇宙中的夸克开始凝结成质子和中子,这时候宇宙的直径有4亿公里,就是说在负的32次方秒的时候,宇宙只有1厘米的,但一秒的时候宇宙直径就有4亿公里了,大概相当于火星的公转轨道那么大。当宇宙诞生1分钟之后,宇宙的直径变成了1光年,那么一光年大小的宇宙当中,中子和质子结合成了原子核,但这个时候的原子核还抓不住电子,因为温度太高了,这个时候的温度应该是超过亿度的。这个时候,宇宙也还是黑色的,没有光。
接下来宇宙膨胀的速度越来越慢,进入一个漫长的降温过程中,一直降到平均温度只有度的时候,发生了一个非常重要的事情,原子核第一次抓住了电子,抓住电子之后,光子就不再受到电子的阻碍,就能射出宇宙了。
其实电子就像一道屏障一样,挡住了所有的光,照不出来,但是电子第一次被原子核抓住之后,光子得到了解放,光子不会被原子核抓住,所以啪的闪出来了。这个就是宇宙最初的意识,这个时间点在宇宙诞生后38万年,也就是说宇宙从诞生后一分钟,一直到剩下的38万年都在慢慢的降温,直到第一个原子核抓住了电子之后,宇宙中的光子照出来了,宇宙才一闪,这一闪过后,宇宙中的原子就喷射到宇宙各个地方去了。
宇宙这一闪之前的部分没有光芒,我们是观测不到的,所以这个部分仍然是有很多的谜团,只能通过计算得到,但是目前觉得还是有办法可以知道当时发生什么的。就是虽然没有光,但是有一样东西会残留下来,就是重力波,那个时候有重力,如果能够捕捉到宇宙那一闪之前的重力波,就能知道那个时候究竟发生什么。
大家注意,宇宙的爆炸,就是光子、原子喷射到各个地方去,不是像石头一样喷出去的,是像雾一样,因为都很小,所以就像云雾一样喷散出去。而这个云雾在扩散的过程中,温度也不断的降低,这微小的原子也开始凝结,这个凝结的过程足足持续了几百万年之后,在这一片黑暗的迷雾当中诞生了宇宙中第一颗恒星,这个恒星就是原子不断凑在一起,最后形成的。
这颗宇宙最早的星现在认为已经不存在了,它在诞生后几百万年就爆炸了,超新星爆炸毁灭了,所以现在我们已经看不到了,当然这些也都是算出来的,就是估计第一代的恒星应该都看不见了,现在能看到的最老的恒星是第二代,这里要说一下,宇宙大爆炸是有捕捉到的,并获得了年诺贝尔物理学奖,是一个偶然的机会捕捉到的,一开始以为是杂讯,但后来证明不是杂讯。这个贡献非常大,因为宇宙背景辐射就是宇宙大爆炸模型的最直接的证据。
当时宇宙背景辐射一出来,基本上其他的论派就站不住脚了,不过现在又出来了一个很好的证据,证明有时候大爆炸可能不存在,这个我们找机会再聊。
在第一颗恒星诞生之前,整个迷雾就是黑色,一点光都没有,这几百万年也被称作宇宙的暗黑时代,也就是说宇宙一开始是黑的,过了38万年,闪了一下之后又进入黑暗时代,又经过了几百万年,从里边这个黑暗之中点亮了一颗星。恒星的诞生不仅给这个黑暗之中增加了一点光亮,而且为宇宙创造了各种各样的物质。因为恒星诞生之前,宇宙中只有氢,没有其他物质,顶多有一点点的氦,而且最初的恒星它也基本上全都是氢。而恒星诞生之后,在恒星内部,由于高温,就产生了核聚变,通过核聚变就开始不断产生新的物质。
诞生了诞生了第一颗恒星之后,就会诞生更多恒星,恒星周围又开始诞生行星,于是就产生了星系。而宇宙中第一个星系叫做银河系。怎么知道星系的年龄?就看这个星系里边最老那颗星是多大年龄的,银河系有一个问题就是人类目前看不全,人类就在银河系里,所以不知道银河系多大,一直觉得挺年轻,就看别的星系。后来在银河系里发现了一颗特别古老的星,这个星叫做HE-,它的年龄大概是亿年,也就是宇宙诞生后5-6亿年,银河系就诞生了,这是我们目前观测到的几乎最老的星系了,而且银河系还没看完,看完了可能发现更老的,说明银河系真的有可能是整个宇宙里边最老的星系,其他星系人类都能观测到,所以年龄我们都知道,现在就已经知道银河系最老了。
如果银河系真的是宇宙中最老的星系,那么人类极有可能真的是宇宙中最老的生命,就是最初的生命,没有其他地方比我们更早诞生生命,因为我们就在最早的星系里面,唯一有可能就是在银河系里面有比我们更早的生命。银河系诞生了86亿年后,在银河系中诞生了一个非常特别的恒星,它的名字叫做太阳,太阳出现之后,仅仅过了万年,在围绕太阳的尘埃之中就诞生了一个美丽的星球,叫做地球。
接下来我们来讲讲宇宙的未来将要发生什么事情。45亿年后,银河系将与仙女星系相撞,这个是注定的,这两个星系相撞不是一撞就完成的,它是不断的相撞,然后融合在一起。这个相撞的过程会持续20亿年,最终形成的星系的名字叫仙女银河系,或者叫银仙星系。
然后再过0亿年左右,由于宇宙的膨胀,银河系将成为一个孤立的星系。什么叫孤立的星系?就是在天空中除了银河系,什么都看不见了,天上就剩一道银河系,所有星系不是消失了,而是因为宇宙的膨胀逃出了可视范围,所以那个时候的人如果没有我们前人留下的资料,他们会认为宇宙只有银河系,没有其他星系,银河系就是宇宙。
再过1千兆年,1兆年就是相当1万亿年,宇宙中所有的恒星都会燃烧殆尽,不再发光,天空就真的变成一片黑暗。宇宙将再次的进入暗黑时代。所以宇宙其实是从无光变成有光,又变没光又变有光的一个反复的过程,然后再过10的34次方年,也就是亿兆兆年,组成物质的原子就开始崩塌了,原子开始因为宇宙的膨胀而分散,已经不能够凝结了,质子中的夸克也被撕裂了之后从宇宙中消失。那个时候所有的物质也就都死掉了,那这也符合熵增,熵增就是说一个完整的东西会随着时间的推移渐渐变得支离破碎,当然这变成什么都没有,不是说真的什么都没有,它是变成了能量,变成了热度,所以宇宙最后只剩热能,这种宇宙的终结方式就叫热寂。
而宇宙达到热寂是在宇宙诞生后1万兆兆兆兆兆兆年后,当然热寂并不是唯一的可能性,现在宇宙的终结方式有很多种假说。为什么会有很多种假说?是因为接下来宇宙膨不膨胀不知道,如果宇宙还加速膨胀的话,就会撕裂,最终热寂;如果不膨胀,急速收缩,就是缩成一个点,那宇宙就变成一个黑洞,再变成一个点,再变成无,这也是一种终结方式。那么这个无会不会再次爆炸就不知道了,再次爆炸的话宇宙就再循环,如果不爆炸,宇宙就这样消失了。如果宇宙是在不断循环,就是收缩完了,回到一个点,再爆开,又收缩到一个点,那就说明这次宇宙不一定是第几代的。
但是不论哪一种假说宇宙最终一定会死。就是怎么个死法的问题,但不管怎么结束人类应该都看不到了。因为在那之前很早很早估计人类就已经不存在,不过也不用那么悲观,因为今天聊的是人类能观测到的宇宙的终结方式,如果人类科技真的发达到一定程度,能够进入其他宇宙,那就另当别论了,有一些宇宙可能还很年轻,我们也许可以通过虫洞逃到另一个宇宙。
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